A Study of Closed OTEC Power Plants

폐쇄형 해양온도차발전 사이클에 관한 연구

In this paper, performance of various working fluids is evaluated for the closed Ocean Thermal Energy Conversion(OTEC) power plant operating on Rankine cycle. The evaporator and condenser are modeled via UA and LMTD method while turbine and pump are modeled by specifying isentropic efficiencies. R22, Propane, Propylene, R134a, R125, R143a, R32, R410A and Ammonia are used as working fluids. Results show that newly developed fluids such as R410A and R32 that do not cause stratospheric ozone layer depletion perform as well as R22 and ammonia. The superheat at the evaporator exit and subcooling at the condenser exit do not affect the performance of the simple OTEC power cycle. Turbine efficiency and heat exchanger size influence greatly the performance of the Rankine cycle. Finally, it was shown that closed OTEC power plants can practically generate electricity when the difference in warm and cold sea water inlet temperatures is greater than $20^{\circ}C$.

본 연구에서는 Rankine 사이클을 이용한 해양 온도차 발전 시스템을 컴퓨터로 모사했고 작동유체를 변화시켜 가면서 그 성능을 비교하였다. 증발기와 응축기는 UA(총괄열전달계수$\times$전열면적)와 LMTD(대수평균온도차) 방법으로 모사하였으며 터빈과 펌프는 등엔트로피 효율로 모사하였다. 작동유체로는 R22, R290, R1270, R134a, R125, R143a, R32, R410A 그리고 암모니아 등을 사용하였다. 모사 결과 OTEC 발전 시스템의 효율은 작동유체에 상관없이 거의 일정한 것으로 드러났다. 한편 증발기 출구에서의 과열도와 응축기 출구에서의 과냉도는 시스템의 성능에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났지만 터빈의 효율과 열교환기의 크기는 시스템 성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 마지막으로 따뜻한 표층수와 차가운 심해수 사이의 온도차가 $20^{\circ}C$이상일 때 실제로 전기를 생산할 수 있다는 사실을 확인했다.